(Теоретические) основы прикладной электрохимии

год обучения: м - 2

Преподаватели

Входные требования

Для успешного усвоения курса обучающиеся должны знать основы химической термодинамики, теории растворов электролитов и электрохимии.

Цель дисциплины

Показать связь теоретических представлений в электрохимии с решением вопросов практического использования электрохимических процессов и явлений.

Содержание дисциплины

Изложение основных положений и направлений прикладной электрохимии, привитие навыков применения теоретических закономерностей электрохимии при решении конкретных практических задач. В результате освоения учебной программы курса обучающиеся научатся применять теоретические основы электрохимии для решения практических задач (гальванические покрытия, электролитическое получение металлов, создание источников тока, защита изделий от коррозии и т.д.).

Рекомендуемая литература

• Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Цирлина Г.А. Электрохимия. Москва: Химия. 2006.
• Прикладная электрохимия. Под ред. Н.Т. Кудрявцева. М.: Химия, 1975 (и последующие издания).
• Ротинян А.Л., Тихонов К.И., Шошина И.А. Теоретическая электрохимия. Л.: Химия, 1981.
• Химические источники тока. Справочник (под ред. Н. В. Коровина, А. М. Скундина). М.: Изд-во МЭИ, 2003.

Методы обучения

Лекции, семинары и лабораторные работы

Современные электрохимические методы исследования электродных процессов

год обучения: б - 4; м - 1

Преподаватели

Входные требования

Знание студентами основ электрохимической кинетики, химической термодинамики и химической кинетики, навыки выполнения практических работ в области физической химии и электрохимии.

Цель дисциплины

Ознакомление с основными электрохимическими методами, используемыми для изучения кинетики и механизма процессов переноса заряда, их теорией и использованием для решения научных и прикладных задач.

Содержание дисциплины

Природа отдельных стадий электродных процессов и характер их влияния на скорость суммарного процесса. Метод стационарных поляризационных кривых. Метод вращающегося дискового электрода. Метод вращающегося диска как способ исследования кинетики гетерогенных процессов. Особенности измерений на вращающемся дисковом электроде с кольцом и на микроэлектродах. Ограничения нестационарных электрохимических методов. Теоретические основы и практическое применение потенциодинамических методов: полярография и ее разновидности, вольтамперометрия и ее разновидности. Использование циклической вольтамперометрии для изучения электродных процессов. Потенциодинамические исследования электродных реакций, протекающих с участием адсорбированных частиц. Электрохимическая кварцевая микрогравиметрия и ее использование в сочетании с циклической вольтамперометрией для исследования электродных процессов. Импульсные методы исследования: хронопотенциометрия, хроноамперометрия, определение коэффициента диффузии и кинетических параметров электрохимических реакций из зависимости тока от времени. Вольтамперометрия со ступенчатой разверткой потенциала. Нормальная импульсная вольтамперометрия. Реверсивная импульсная вольтамперометрия. Дифференциальная импульсная вольтамперометрия. Переменно-токовая и квадратно-волновая вольтамперометрия и их использование в исследованиях электродных реакций. Основы метода фарадеевского импеданса, анализа спектров импеданса для различных случаев лимитирующих электродный процесс стадий. Спектроэлектрохимия.

Рекомендуемая литература

• Дамаскин Б. Б., Петрий О. А. Введение в электрохимическую кинетику. М.: Высшая школа, 1975. - 416 с.
• Дамаскин Б. Б., Петрий О. А., Цирлина Г. А. Электрохимия. М.: Химия, 2008. - 672 с.
• Шольц Ф. Электроаналитические методы. Теория и практика. - М., Бином, 2006. - 328 с.
• Хенце Г. Полярография и вольтамперометрия. - М., Бином, 2014. - 326 с.
• Миомандр Ф., Садки С. Электрохимия. М., Техносфера, 2008. – 360 с.
• Кравцов В. И., Красиков Б. С., Цвентарный Е. Г. Руководство к практическим работам по электрохимии. Л.: ЛГУ, 1979. - 212 с.

Методы обучения

Лекции и практические работы, доклады и их обсуждение на семинарах

Кинетика электродных процессов

год обучения: м - 1

Преподаватели

Входные требования

Для успешного освоения курса студенты должны знать основные вопросы химической термодинамики, кинетики и электрохимии.

Цель дисциплины

Целью учебных занятий является обучение студентов основам теорий, описывавших в различное время элементарный акт электрохимической реакции, вплоть до современных воззрений по этому вопросу (теория Маркуса и ее модификации и др.)

Содержание дисциплины

1. Общие сведения о кинетике электродных процессов. Стадии электродных процессов. Уравнение Аррениуса и его приложение к электрохимическим реакциям.
2. Теория замедленного разряда: начальные представления. Феноменологическая теория замедленного разряда. Опыты Тафеля. Представления Батлера, Эрдей-Груза и Фольмера о замедленности протекания электрохимической стадии. Теория Фрумкина.
3. Модель Хориучи и Поляни. Теория абсолютных скоростей реакций.
4. Квантово-механическая трактовка электрохимической стадии электродного процесса. Понятие о быстрых и медленных подсистемах. Принцип Франка-Кондона; природа энергетического барьера при переносе электрона. Представления о туннель-эффекте и вероятности туннельного перехода. Теория Герни.
5. Модель Маркуса. Учет Маркусом реорганизации растворителя при переносе электрона. Модификация модели Маркуса в работах Хаша. Применение модели Маркуса к электрохимическим процессам; модель Маркуса-Чидси. Модель Левича-Кузнецова-Догонадзе. Возможность туннельного переноса протона в ходе электродной реакции.
6. Температурная зависимость скорости электрохимической реакции.
7. Безбарьерные и безактивационные процессы. «Область инверсии» в модели Маркуса.

Рекомендуемая литература

• Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Цирлина Г.А. Электрохимия. М.: Химия, 2001 (и последующие года издания).
• Кришталик Л.И. Электродные реакции. Механизм элементарного акта. М.: Наука. 1979.
• Б. Б. Дамаскин, О. А. Петрий. Введение в электрохимическую кинетику. М.: Высшая школа, 1975.
• В.Д. Иванов. Теория Хориучи и Поляни (конспект лекций). 2018.

Методы обучения

Лекции, семинары и лабораторные работы

Материалы

Электрохимия (2015) Электродные реакции (1979) Конспект лекций

Электрохимия комплексов металлов

год обучения: м - 1

Преподаватели

Входные требования

Для успешного освоения курса студенты должны знать основные вопросы химической термодинамики, комплексообразования и электрохимии.

Цель дисциплины

Целью учебных занятий является знакомство студентов с классическими электрохимическими методами изучения равновесий и реакций комплексов металлов, как электродных, так и протекающих в объеме раствора.

Содержание дисциплины

1. Реакции комплексообразования в растворах; реакции замещения лигандов. Образование внутрисферных и внешнесферных комплексов. Термодинамика этих процессов для жестких и мягких ионов и лигандов. Модель Пирсона. Реакции электронного переноса между комплексами металлов.
2. Равновесные электрохимические методы исследования комплексообразования. Методы Ледена, Бьеррума. Метод отклонений.
3. Особенности кинетики электродных реакций восстановления комплексов металла до атомов металла. Кинетика перезарядки комплексов металла. Влияние предшествующих химических стадий (обратимых и необратимых).
4. Квазиравновесные процессы на электродах. Полярография: определение констант устойчивости методом Дефорда-Хьюма и методом Кроу. Исследование акватации комплексов иридия и других металлов.
5. Адсорбционные процессы в ходе электрохимических реакций комплексов металлов. Адсорбционные предельные токи, теории Брдички и Лавирона. Лиганд-индуцированная адсорбция.
6. Адсорбционные процессы: субфазовые слои комплексов. Электродные реакции пленок берлинской лазури и сходных веществ. Их равновесие и кинетика

Рекомендуемая литература

• Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Цирлина Г.А. Электрохимия. М.: Химия, 2001 (и последующие года издания).
• Кравцов В.И. Равновесие и кинетика электродных реакций комплексов металлов. Л.: Химия,1985.
• В. В. Малев, В. В. Кондратьев, А. М. Тимонов. Полимер-модифицированные электроды. СПб. : Нестор-История, 2012. - 344 с.
• В.Д. Иванов, О.В. Левин. Термодинамические аспекты процессов образования внутрисферных и внешнесферных комплексов ионов металлов (конспект лекций).

Методы обучения

Лекции и семинары

Материалы

Электрохимия (2015) Равновесие и кинетика... (1985) Конспект лекций

Литиевые источники тока

год обучения: м - 1

Преподаватели

Входные требования

Успешное освоение курса предполагает знание основ химической термодинамики и химической кинетики, химии твердого тела, и наличие навыков применения электрохимических методов

Цель дисциплины

Цель курса - познакомить обучающихся с основными материалами, использующихся в литиевых источниках тока, способами их получения и исследования.

Содержание дисциплины

Основные свойства литий-ионных аккумуляторов и их материалов. Катоды из слоистых оксидов металлов. Роль электронных свойств в электрохимическом поведении интеркаляционных соединений Катоды из оксидов со структурой типа шпинели. Катоды с включением полианионов. Другие катодные материалы. Анодные материалы: Обзор анодных материалов и композитов. Карбоноценовые и графитовые аноды. Граница раздела графит-электролит в литий-ионных аккумуляторах. Нитридные и силицидные аноды. Сплавы и интерметаллические аноды. Проблемы литиевых металлических анодов. Электролиты: Жидкие электролиты ― теоретические и практические аспекты. Полимерные электролиты. Стеклообразные и керамические электролиты. Виды батарей и их применение : Литий-ионные батареи для электромобилей, гибридных автомобилей и промышленного применения. Литиевые батареи, применяющиеся в медицине. Аккумуляторы для товаров массового потребления.

Рекомендуемая литература

• Козадеров, О.А. Современные химические источники тока [Электронный ресурс] : учебное пособие / О.А. Козадеров, А.В. Введенский. — Электрон. дан. — Санкт-Петербург : Лань, 2018. — 132 с.
• Дамаскин, Б.Б. Электрохимия [Электронный ресурс] : учебное пособие / Б.Б. Дамаскин, О.А. Петрий, Г.А. Цирлина. — Электрон. дан. — Санкт-Петербург : Лань, 2015. — 672 с.
• Julien, Christian. Lithium Batteries: Science and Technology. Cham: Springer International Publishing : Imprint: Springer, 2016

Методы обучения

Лекции и семинары

Новые тенденции в электрохимических источниках тока ENG

год обучения: м - 2

Преподаватели

Входные требования

Для успешного освоения курса студенты должны освоить курсы общей физической химии, электрохимии и химии твёрдого тела. Рекомендуются знания основ физики.

Цель дисциплины

Курс знакомит студентов с важнейшими современными электрохимическими источниками тока и даёт объяснение их устройства и механизма функционирования.

Содержание дисциплины

Общая информация об химических источниках тока и обзор основных требований к химическим источникам тока. Направления в развитии химических источников тока. Литиевые и литий-ионные элементы – революция в хранении энергии. Теория, преимущества и предельные возможности. Материалы для литий-ионных элементов: от состава к структуре. Топливные элементы – прорывной путь или тупиковый подход? Теория, применение, предельные возможности. Проточные батареи – новые решения для хранения избытка энергии в электросетях. Электрохимические конденсаторы – «нехимические» источники тока. Двойнослойные и гибридные конденсаторы. Перспективы электродных материалов, применение, направления разработки.

Рекомендуемая литература

• Huggins, R. (2016). Energy Storage: Fundamentals, Materials and Applications (2nd ed. 2016.). Cham: Springer International Publishing : Imprint: Springer. Электронный ресурс
• Julien, C. (2016). Lithium Batteries: Science and Technology. Cham: Springer International Publishing : Imprint: Springer. Электронный ресурс
• Ozoemena, K. I., & Chen, S. (2016). Nanomaterials in Advanced Batteries and Supercapacitors. Cham: Springer International Publishing : Imprint: Springer. Электронный ресурс

Методы обучения

Лекции и семинары

Современные электродные материалы / Электрохимия-2 / Электрохимия Электроактивных Материалов

год обучения: м - 1

Преподаватели

Входные требования

Успешное освоение курса предполагает знание студентами основ химической термодинамики, химической кинетики и катализа, а также навыков выполнения практических работ в области физической химии.

Цель дисциплины

Цель курса - познакомить студентов с современной теорией и практикой новых электроактивных электродных материалов на основе редокс-полимеров и проводящих полимеров, каталитически активных металлов и композитных материалов.

Содержание дисциплины

Общие сведения об электроактивных материалах и классификация материалов по проводимости. Методы получения новых электродных материалов: модификация поверхности, композитные материалы, нанесение фазовых слоев электроактивных соединений. Основные принципы целенаправленного изменения электрохимических свойств поверхности электродов. Классы электроактивных материалов: редокс-полимеры, проводящие органические полимеры, интеркаляционные материалы, композиционные материалы. Сходство и различие в механизмах проводимости. Твердофазные электродные процессы в электроактивных материалах. Кинетика процессов переноса заряда в электроактивных материалах: смешанная электронно-ионная проводимость и факторы определяющие скорости процессов. Процессы переноса заряда в пленках редокс-полимеров: теоретические подходы к описанию. Модели однородной и неоднородной пленки полимера. Примеры редоксполимеров и органических проводящих полимеров, их структура, свойства и методы изучения.

Рекомендуемая литература

• Дамаскин Б. Б., Петрий О. А. Введение в электрохимическую кинетику. М.: Высшая школа, 1975. - 416 с.
• Дамаскин Б. Б., Петрий О. А., Цирлина Г. А. Электрохимия. М.: Химия, 2008. - 672 с.
• Шольц Ф. Электроаналитические методы. Теория и практика. - М., Бином, 2006. - 328 с.
• Хенце Г. Полярография и вольтамперометрия. - М., Бином, 2014. - 326 с.
• Миомандр Ф., Садки С. Электрохимия. М., Техносфера, 2008. – 360 с.
• Малев В.В., Кондратьев В.В., Тимонов А.М. Полимер-модифицированные электроды. СПб: Нестор-История, 2012.- 344 с.

Методы обучения

Лекции и семинары

Фотоэлектрохимические преобразования солнечной энергии ENG

год обучения: м - 2

Преподаватели

Входные требования

Для успешного освоения курса студенты должны освоить курсы общей физической химии, электрохимии и химии твёрдого тела. Рекомендуются знания основ физики.

Цель дисциплины

Освоение основ метода преобразования солнечной энергии в электрическую и химическую в фотоэлектрохимических элементах.

Содержание дисциплины

В курсе систематически изложены основы метода преобразования солнечной энергии в электрическую и химическую в фотоэлектрохимических элементах с полупроводниковыми электродами. Рассмотрены принципы работы фотоэлектрохимических элементов различных типов, дан обзор важнейших систем, критически обсуждаются перспективы данного направления в развитии солнечных преобразователей.

Рекомендуемая литература

• Photovoltaic and Photoelectrochemical Solar Energy Conversion 1981 ISBN 978-1-4615-9233-4
• Next Generation of Photovoltaics 2012 Editors: Cristobal, Ana, Martí Vega, Antonio, Luque López, Antonio (Eds.) ISBN 978-3-642-23369-2
• Semiconductor Materials for Solar Photovoltaic Cells 2016 Editors: Paranthaman, M. Parans, Wong-Ng, Winnie, Bhattacharya, Raghu N (Eds.) ISBN 978-3-319-20331-7

Методы обучения

Лекции и семинары

Термодинамика и кинетика сложных физико-химических систем

год обучения: б, м

Содержание дисциплины

Включает освоение студентами фундаментальных знаний в области термодинамики и кинетики сложных физико-химических систем и выработка практических навыков исследования указанных систем. Изложение положений общей и неравновесной термодинамики, кинетики, модельных представлений, необходимых для исследования современными термодинамическими и кинетическими методами сложных многокомпонентных систем, а также протекающих в них процессов для ряда физико-химических классов систем: реакционные системы, электрохимические системы, растворы электролитов, системы под воздействием внешних полей, системы в экстремальных состояниях и другие. положений электрохимической кинетики и теории переноса заряда на границе раздела фаз; в модуль входят основы кинетики многостадийных электрохимических процессов, теория замедленного разряда и механизм элементарного акта электрохимической реакции, влияние строения ДЭС на кинетику электродного процесса, последовательный многостадийный перенос электронов, химические стадии электродного процесса, влияние адсорбции на равновесие и кинетику электрохимических реакций.